为了提高激光光尾流制导距离和探测信噪比，研究不同距离、不同气泡尺度、不同气泡数密度和不同气泡层厚度的气泡目标的后向散射特性具有重要的理论和应用价值。采用蒙特卡洛仿真和室内实验研究了前述舰船尾流气泡目标的激光后向散射特性。结果表明：近距离的气泡要比远距离的气泡更容易被检测到；在气泡数密度为10²~10⁸ m⁻³，气泡层厚度大于0.05 m时，大尺度和小尺度气泡始终存在回波信号，气泡层厚度小于0.05 m时无回波信号，此时，气泡层厚度特性对气泡后向散射的影响最大；在气泡数密度为10⁹ m⁻³，气泡层厚度为0.05 m以下时，大尺度气泡回波信号脉冲宽度会展宽。在这种情况下，气泡数密度和尺度特性对气泡后向散射的影响最大。搭建了水下典型气泡尺度下的激光后向散射测量系统，验证了不同舰船尾流气泡目标特性对激光后向探测系统的影响。本文研究成果可为舰船尾流激光探测工程提供支撑。

针对传统机载红外探测潜艇热尾流的计算方法未考虑温度、密度分层海水等实际海况，难以精准分析潜艇热尾流红外探测性能的问题。文中基于有限元分析方法，结合海面红外辐射模型和大气传输模型，构建出尾迹从浮升扩散、大气衰减到传感器探测的全链路数理模型，并应用模型开展全尺寸潜艇模型的仿真，实现在温度、密度分层海水情况下对潜艇热尾流红外探测性能的精准分析。结果表明：海水温度、密度分层条件对于潜艇尾迹的仿真和反演精度至关重要，当其他条件都相同时，海水温度、密度分层与不分层仿真出了截然相反的结果，不分层条件下海面为热尾迹，而分层条件下海面却为冷尾迹，直接影响对潜艇热尾迹反演精度。相比于海水分层，不分层情况下潜艇的反演误差达到了238.2 m，水面的尾迹温差不但相差了0.152 K，还呈现出了冷尾迹的现象。文中的研究对机载红外设备发现潜艇航行尾流特性的高精度识别反演具有重要意义。

舰船尾流激光探测跟踪是水下航行器对舰船进行探测、识别、跟踪的新手段。论文基于舰船尾流分布特性、气泡目标特性，采用蒙特卡洛仿真方法，实现了多尺度、宽数密度、大厚度舰船尾流气泡群的后向散射回波信号特性仿真，得到了水下航行器载激光探测系统在搜索、跟踪阶段信号的变化趋势，以及不同目标舰船的激光后向回波信号变化强度，可有效模拟激光探测系统对舰船尾流目标特性的真实跟踪状态。对于大型船只，当激光探测系统位于尾流之下时，航行器距舰船目标越近，尾流气泡激光回波越强，脉冲宽度展宽幅度越大；当激光探测系统位于尾流之中时，航行器距舰船目标越近，尾流气泡激光回波越弱，脉冲宽度变窄幅度越大。探测系统位于尾流之下时与探测系统位于尾流之中时，信号变化相反。小型船只信号变化趋势基本与大型船只保持一致，但尾流激光探测回波强度变低。开展了湖泊环境下船舶尾流激光探测跟踪试验，当探测系统在尾流之下时，大型船只尾流激光回波信号信噪比高，小型船只尾流激光难以检测。探测系统位于尾流之中时，大小船只尾流激光探测系统都可实现有效探测。论文可为舰船尾流探测实际工程应用提供支撑。

针对水下目标探测和追踪的需求，以典型发光生物夜光藻为研究对象，利用自主研制的库埃特实验装置为夜光藻提供不同的流场刺激，采用电子倍增电荷耦合器件相机在库埃特样品室固定位置处实时观测并捕获图像，定性研究了夜光藻在不同流场刺激下的发光特性。研究发现：发光峰值强度随着转速的增加而增强，发光强度随着夜光藻自身能量消耗消耗发光强度，逐渐减弱趋于相同；通过富含浓度为30×10⁴ cell/m³夜光藻的开放式水槽模拟海洋环境，采用带螺旋桨的水下模型在水槽中做逆时针圆周运动，基于单尺度Retinex算法对EMCCD获得的图像数据进行处理分析，在保持光尾流特征最大化的同时抑制水面背景的影响，图像增强后的图像可清晰观测到目标运动尾迹呈逆时针旋转，初步证明了利用海洋生物受激发光可实现水下目标运动轨迹可视化。生物受激发光可作为一种探测海洋运动目标的技术和方法。